“打撈”學(xué)生興趣的軍校電路課程改革

張?zhí)烊?常路賓 譚 浩 費(fèi)雯麗

海軍工程大學(xué)電氣工程學(xué)院 湖北武漢 430033

海軍工程大學(xué)在1949年成立了電工基礎(chǔ)教研室,1950年開設(shè)了電路課程。電路作為重要而經(jīng)典的課程要進(jìn)行改革創(chuàng)新的原因一方面是新技術(shù)的發(fā)展與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的革新;另一方面是為戰(zhàn)育人。這與地方大學(xué)的培養(yǎng)目標(biāo)不同,專業(yè)課與戰(zhàn)斗力相關(guān)度高,但專業(yè)基礎(chǔ)課又是專業(yè)課的保障與前提,因此目標(biāo)是既保持經(jīng)典理論的厚基礎(chǔ),又能提升電路課程與專業(yè)課、實(shí)戰(zhàn)的耦合度,但專業(yè)課的難度較大會(huì)降低學(xué)生興趣,專業(yè)基礎(chǔ)課正好是過渡課程,既要保持學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和動(dòng)力,更要為專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)。但學(xué)生的興趣是目前遇到的較大挑戰(zhàn),學(xué)生面臨體能、紀(jì)律、日后工作去向等多影響因素的挑戰(zhàn),使部分學(xué)生出現(xiàn)了對電路等課程缺乏興趣的問題。

興趣是學(xué)生學(xué)習(xí)的最大動(dòng)力,學(xué)生只有對我們的目標(biāo)課程產(chǎn)生了課堂以及課外的興趣,才會(huì)真正達(dá)到自主學(xué)習(xí)以及學(xué)以致用。于是,基于一代又一代的國外以及國內(nèi)學(xué)者的翻譯、總結(jié)工作才使牛頓力學(xué)能夠更加簡明。1687年的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》,是牛頓用拉丁語寫成的,其嚴(yán)密的推導(dǎo)使書稿頁數(shù)超過了一千。但各大學(xué)的大學(xué)物理以及物理力學(xué)的教科書僅用很短的篇幅就介紹了大致的定律內(nèi)容[1]。雖然忽視了數(shù)學(xué)上的部分推導(dǎo),但對本科生入門更容易,直接提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。如果物理教學(xué)始終墨守成規(guī),直接進(jìn)行復(fù)變函數(shù)等學(xué)習(xí)推導(dǎo)牛頓力學(xué)公式將會(huì)非常艱難。

而電路課程所用的課本也是如此,國內(nèi)各大學(xué)使用的電路、電路原理課本已經(jīng)濃縮,將最常用的定理和公式用最簡易的方法進(jìn)行證明和推導(dǎo)來增加入門效率。如果不將一些原本較為復(fù)雜的推導(dǎo)以及較難的知識(shí)進(jìn)行總結(jié)概括,使其更加簡明容易理解,則必然會(huì)讓興趣與知識(shí)產(chǎn)生巨大分歧。

一、了解學(xué)生生源,因材施教“打撈”學(xué)生學(xué)習(xí)電路的興趣

目前海軍工程大學(xué)有34個(gè)本科專業(yè),涵蓋理工科幾乎全部領(lǐng)域。而目前的要求是寬口徑、厚基礎(chǔ)。其中寬是拓展學(xué)生的視野,使學(xué)生可以把復(fù)雜的理論聯(lián)系實(shí)際生活、工程、軍事上的問題,為使學(xué)生了解電路原理在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用,“打撈”學(xué)生的興趣點(diǎn)并提升學(xué)員聯(lián)想的邏輯思維能力。厚基礎(chǔ)正是提高了基礎(chǔ)課和專業(yè)基礎(chǔ)課的地位和要求,全面提升學(xué)生的理論基礎(chǔ)和邏輯思維能力來適應(yīng)國家戰(zhàn)略的要求。

要想實(shí)現(xiàn)上述寬口徑、厚基礎(chǔ)的目標(biāo),電路作為專業(yè)基礎(chǔ)課就必須結(jié)合大學(xué)本科的教學(xué)特點(diǎn)和不同學(xué)生生源的認(rèn)知規(guī)律,解決如何講電路課的問題。那么生源從一定程度上決定了因材施教的根基。

從各地的本科招生情況來看,不同專業(yè)學(xué)生的分?jǐn)?shù)相差很大,或者同一專業(yè)不同地區(qū)的學(xué)生的基礎(chǔ)也有不同,不同分?jǐn)?shù)段的學(xué)生對基礎(chǔ)理論部分的掌握程度差距很大,因此必須因材施教,針對性地“打撈”學(xué)生興趣,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力,其意義與難度不言而喻。

為了因材施教,針對性地“打撈”學(xué)生興趣,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力,大致將學(xué)生分為兩大類。而如何分類則要根據(jù)其大學(xué)一年級的基礎(chǔ)課的成績,例如高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、大學(xué)化學(xué),并綜合學(xué)生的電路期中考試之前的課后作業(yè)情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告完成情況以及電路課程期中考試的考試成績來判斷?？梢詫嗌蠈W(xué)生分為理論基礎(chǔ)較弱的學(xué)生和理論基礎(chǔ)較好的學(xué)生兩大類,針對這兩類學(xué)生,具體因材施教的措施如下:

(一)針對理論基礎(chǔ)較弱的學(xué)生

立足于學(xué)生在平時(shí)生活中發(fā)現(xiàn)的簡單電路問題,從這些生活中的問題出發(fā),引導(dǎo)學(xué)生分析出現(xiàn)問題的原因,并最終通過動(dòng)手實(shí)驗(yàn)的手段解決生活實(shí)際問題。

該方法在實(shí)際應(yīng)用中可以有效提高學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題能力,同時(shí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和探索興趣,從身邊能做的電路問題一步一步抓緊抓實(shí)。例如:

(1)日光燈管的修理;

(2)三相接線板的安裝;

(3)四驅(qū)車電動(dòng)機(jī)的改裝;

(4)家庭配電箱、配電盒中火線、零線、地線的查線、改線等。

(二)針對理論基礎(chǔ)較好的學(xué)生

普通日常的電路小問題對基礎(chǔ)好的學(xué)生來說可能難度太小,因此還需要在日常簡單電路問題的基礎(chǔ)上應(yīng)用一些仿真軟件來提高其興趣。仿真就像玩游戲一樣,搭建自己的電路陣地,輸入一定的能量,改變不同參數(shù),輸出不同的曲線,驗(yàn)證自己的猜想或者發(fā)現(xiàn)一些問題。

常用的電路仿真的軟件有Multisim、Simulink、Proteus pro、TINA-TI、Infineon Designer等軟件,但用作本科生的教學(xué)工具,與其他軟件相比,Multisim具有一定的優(yōu)勢:

(1)操作界面非常簡易且有中文的漢化版,方便學(xué)生迅速入手效率高;

(2)常用電路元件基本都自帶直接拖出來使用;

(3)電路分析計(jì)算功能相對精確、仿真顯示數(shù)據(jù)波形方便等[2]。

與傳統(tǒng)的硬件實(shí)驗(yàn)相比,仿真實(shí)驗(yàn)不涉及儀器折舊和更新?lián)Q代,通過軟件升級就能保持實(shí)驗(yàn)的先進(jìn)性。一些因儀器價(jià)格昂貴而無法開展的實(shí)驗(yàn),通過仿真就能夠容易實(shí)現(xiàn)。同時(shí),Multisim電路仿真實(shí)驗(yàn)打破了時(shí)間和空間的限制,學(xué)生可以在不同的時(shí)間、地點(diǎn)和領(lǐng)域自主進(jìn)行實(shí)驗(yàn),并根據(jù)自己的興趣愛好,選擇一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)較少涉及、用傳統(tǒng)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較煩瑣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),增強(qiáng)他們提出問題、分析問題和解決問題的能力。仿真實(shí)驗(yàn)方式可以滿足不同層次學(xué)生的需要,從而大大擴(kuò)展實(shí)踐空間和實(shí)驗(yàn)范圍,有利于學(xué)生開展探索性、研究性實(shí)驗(yàn)。

我們以電路課程中的交流電路部分——交流穩(wěn)態(tài)電路的功率與功率因數(shù)提高為例。在前一節(jié)課已經(jīng)通過理論課堂的部分對功率和功率因數(shù)的概念和計(jì)算進(jìn)行了講述,后續(xù)要進(jìn)行功率、功率因數(shù)和功率因數(shù)提高的電路實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)課之前,我們要求學(xué)生對負(fù)載功率因素的提高進(jìn)行仿真,給學(xué)生提供了電路的原理圖如下圖1所示,請學(xué)生課前完成仿真并進(jìn)行理論分析,用相量圖法分析為什么并聯(lián)電容可以提高功率因數(shù),提高功率因數(shù)的原則(限制條件)是什么。

圖1 負(fù)載功率因素提高電路原理圖

已知燈管不并聯(lián)電容時(shí)的部分參數(shù)為:額定電壓220V,負(fù)載功率因數(shù)已通過實(shí)驗(yàn)測定為0.5,根據(jù)實(shí)際日光燈管的型號(hào)確定了額定工作時(shí)有功功率P=24W,如下表2所示。請搭建電路進(jìn)行仿真,計(jì)算電流、電阻、感抗和電感值,并填寫表1,再在日光燈管兩端并聯(lián)不同電容值的電容,仿真測量電壓、電流、功率和功率因數(shù)填寫表2。

表1 負(fù)載不并聯(lián)電容時(shí)數(shù)據(jù)

表2 負(fù)載并聯(lián)電容時(shí)數(shù)據(jù)

采取上述的教學(xué)方法,在2022年對所教班級的學(xué)生進(jìn)行了類似上述案例的線上的電路仿真課程。班上的學(xué)生在家中電腦上完成的質(zhì)量非常高,可以采用當(dāng)堂截屏錄屏等方式在線檢查學(xué)生的掌握情況,其教學(xué)效果良好。而后學(xué)生回歸線下課堂的實(shí)驗(yàn)室實(shí)操時(shí),學(xué)生對基本概念以及操作流程掌握的更快、更扎實(shí)。

二、依托電工技能創(chuàng)新與實(shí)踐俱樂部,“打撈”學(xué)生的實(shí)用和創(chuàng)新興趣

通過課前、課中以及課后三個(gè)階段,我們可以發(fā)現(xiàn)許多基礎(chǔ)優(yōu)秀的學(xué)生。對于學(xué)習(xí)基礎(chǔ)非常扎實(shí)的優(yōu)秀學(xué)生,我們發(fā)現(xiàn)其興趣點(diǎn)在于學(xué)習(xí)更多課本外、大綱外的實(shí)用技能和創(chuàng)新知識(shí)。因此,我們鼓勵(lì)他們進(jìn)入電工技能創(chuàng)新與實(shí)踐俱樂部,選取培養(yǎng)內(nèi)容,在保持本課程的基礎(chǔ)上,更加著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識(shí)。學(xué)生完成俱樂部的學(xué)習(xí)和實(shí)操后,要具備提出和解決與專業(yè)課相關(guān)電路問題的能力。我們希望依托電工技能創(chuàng)新與實(shí)踐俱樂部,使學(xué)生達(dá)到這樣的實(shí)力。最終不僅僅考取國家中高級電工證以增強(qiáng)實(shí)操自信,更鍛煉出一定的創(chuàng)新實(shí)力。

在實(shí)驗(yàn)樓已經(jīng)建成擁有獨(dú)立可容納30人的授課、培訓(xùn)和實(shí)操場所,所使用的高級維修電工實(shí)訓(xùn)考核裝置見圖2。配備了強(qiáng)大師資力量,為俱樂部的成員答疑解惑。以錘煉學(xué)員電工專業(yè)技能,提升學(xué)員電氣職業(yè)素養(yǎng),培養(yǎng)海軍技術(shù)尖兵為原則;本著為學(xué)員發(fā)現(xiàn)自我、展示自我、鍛煉自我、提升自我電工實(shí)操技能的出發(fā)點(diǎn);服務(wù)于“為戰(zhàn)抓教,為戰(zhàn)練兵”“緊盯科技之變、戰(zhàn)爭之變、對手之變”。

圖2 高級維修電工實(shí)訓(xùn)考核裝置

俱樂部具體培養(yǎng)方法:

(1)以電工證培訓(xùn)為抓手繼續(xù)進(jìn)行每周一次的培訓(xùn),進(jìn)行簽到打卡,并由俱樂部學(xué)生干部進(jìn)行檢查,提升成員動(dòng)手能力,真正做到俱樂部人人敢實(shí)驗(yàn),人人會(huì)排障,每年培養(yǎng)優(yōu)秀學(xué)生考取中級或高級電工證,為到部隊(duì)下基礎(chǔ)做工作打下基礎(chǔ)。

(2)此外,僅僅會(huì)操作臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)與排障是不夠的。每個(gè)專業(yè)所學(xué)的專業(yè)課不同,但通過邀請校內(nèi)外優(yōu)秀的電路課老師以及專業(yè)課老師舉辦知識(shí)講座,讓學(xué)生開拓學(xué)員視野,豐富學(xué)識(shí),了解其他專業(yè)課大致的目標(biāo)、任務(wù)以及核心,為基礎(chǔ)好的學(xué)生也提供了互相交流的平臺(tái),真正為電路課與專業(yè)課服務(wù)。

(3)依托俱樂部,積極準(zhǔn)備,進(jìn)行電氣方面的競賽培訓(xùn),為動(dòng)手能力非常強(qiáng)的俱樂部成員參加競賽提供平臺(tái)。

(4)邀請部隊(duì)中已經(jīng)到基層的學(xué)長到學(xué)校來為大家講解戰(zhàn)位中、崗位中的電工技能,讓電工技能向基層靠攏,了解一線部隊(duì)中存在的真實(shí)問題。

結(jié)語

要提高軍校學(xué)生對先進(jìn)的武器裝備的應(yīng)用,提高打仗作戰(zhàn)實(shí)力,就要培養(yǎng)學(xué)生的邏輯、知識(shí),最大限度地發(fā)揮武器裝備效能[3]。軍校教學(xué)中有計(jì)劃地培養(yǎng)學(xué)生是原則,而這個(gè)培養(yǎng)過程中面臨的較大挑戰(zhàn)之一是學(xué)生的興趣。這是目前從事軍校教學(xué)的廣大教員實(shí)踐所遇到的問題,軍校學(xué)生面臨體能、紀(jì)律、日后工作去向等多影響因素的挑戰(zhàn)。同時(shí),專業(yè)課的難度較大會(huì)降低學(xué)生興趣,而電路作為理工科專業(yè)中基礎(chǔ)課與專業(yè)課間的橋梁,其使命是既要保持學(xué)生對專業(yè)方向的學(xué)習(xí)熱情,更要為專業(yè)課的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)。對此,本文提出了兩點(diǎn)措施:因材施教與俱樂部拓展訓(xùn)練是目前的電路課程改革的兩點(diǎn)方法。這兩點(diǎn)方法協(xié)同作用來“打撈”不同生源的學(xué)生的興趣,滿足不同專業(yè)、不同基礎(chǔ)的學(xué)生對工作或讀研更直接相關(guān)內(nèi)容的學(xué)習(xí)期待。努力繼續(xù)改進(jìn)具體課堂內(nèi)外的教法,努力做到“寬口徑、厚基礎(chǔ)”,努力構(gòu)建電路課程成為理工科專業(yè)中基礎(chǔ)課與實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用間的橋梁。